再生骨料取代率对再生混凝土物理力学性能的影响

2014-09-25陈国慧彭泽艳

重庆建筑 2014年5期

陈国慧，彭泽艳

（1重庆市北碚区城乡建设委员会，重庆 400700；2重庆灯塔建筑工程有限公司，重庆 400700）

0 引言

中国每年新建建筑面积达20亿m2，拆除旧建筑面积达2亿m2，年产建筑垃圾4亿t，建筑垃圾的产量已占到城市垃圾总量的30%～40%[1]，其中50%～60%为废弃混凝土[2]，占地和处理费用数额庞大。因此，作为替代天然骨料生产再生混凝土是废弃混凝土资源化利用的重要途径，可以减少天然骨料用量，保护天然资源，有利于环境的保护。

再生骨料是指将建(构)筑物拆除、路面翻修、混凝土生产、工程施工或其他状况下产生的废混凝土块，经过破碎、清洗和分级等一系列加工后，按一定的比例相互配合，所得到的粒径在40mm以下的骨料。其中粒径在5～40mm范围内的为再生粗骨料。粒径0.5～5mm范围内的为再生细骨料。将再生骨料作为部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土即为再生混凝土，也称再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete)[3-4]。再生混凝土技术已成为当前国内外混凝土研究的热点之一，具有较高的研究价值[5]。再生骨料取代率是形成再生混凝土与普通混凝土性能差异的重要因素。因此，本文采用不同的再生骨料取代率进行实验，重点分析了再生骨料取代率对骨料吸水率以及再生混凝土水胶比、坍落度、抗压强度等物理力学性能的影响。

1 实验

1.1 原材料

水泥:重庆生产的42.5R普通硅酸盐水泥。

天然骨料:重庆出产的5～31.5mm天然碎石。

再生骨料:重庆市北碚区东阳街道某拆迁房屋建筑形成的废弃混凝土破碎后制成，采用重庆生产的PE颚式破碎机破碎，碎石公称粒径为5～30 mm。天然骨料与再生骨料的筛分及技术指标分别见表1、表2。

表1 天然骨料与再生骨料的筛分

表2 天然骨料与再生骨料技术指标

1.2 实验方法

骨料技术指标测定:骨料各项技术指标测定方法均参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006执行。

混凝土配制:配制普通混凝土和再生混凝土时，天然骨料和再生骨料均采用相同的级配，骨料级配严格按照表3分别称取，其它原料都相同。实验时，将水泥、粉煤灰、骨料、砂按试验配合比称量，保证天然骨料和再生骨料的总质量相同，再生骨料取代率分别为0、25%、50%、75%、100%，普通混凝土强度等级为C30。混凝土力学等性能按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T 80-2002和《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB 50081-2002测定，表观密度、坍落度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB 50080-2002测定，干燥收缩的开裂指数按照《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能试验方法》GB/T 29417-2012测定。

表3 骨料级配

2 结果与分析

2.1 再生骨料取代率对混凝土水胶比及和易性的影响

再生骨料的吸水率较大。如图1，对于天然骨料，10min的吸水率为0.21%，30min的吸水率为0.34%，8h吸水率为0.37%，16h吸水率为0.39%，24h吸水率为0.39%，天然骨料的吸水率较小，而且随着时间的推移吸水率增长较慢。对于再生骨料，10min的吸水率为2.75%，30min的吸水率为3.71%，8h吸水率为4.64%，16h吸水率为4.77%，24h吸水率为4.82%，再生骨料的吸水率相对比天然骨料要大。随着时间的推移，再生骨料吸水率较天然骨料显著加快。再生骨料的吸水率明显高于天然骨料，其24h吸水率约为天然骨料的12.4倍。

图1 天然骨料与再生骨料的吸水率随时间的变化

图2 混凝土水胶比随骨料取代率的变化

由于再生骨料组分中含有一定量空隙率较大的水泥砂浆，吸水率显著增大，促使混凝土拌合用水量增加，水胶比增大。再生骨料中的水分为吸附水和拌合水，吸附水的实质是天然骨料与再生骨料在吸水率上的差异:一部分拌合水以吸附水的形式被再生骨料表面的废旧砂浆吸附，另一部分拌合水就以自由水的形式真正参与水泥的水化作用。在用水量相同的情况下，随着再生骨料取代率的增加，再生骨料吸附的拌合水就越多，使得吸附水增加，自由水减少。以配合比中的水胶比作为理论水胶比，由此可以换算出再生骨料拌合用水去除吸附水后的用水量，从而估算出实际水胶比。当再生骨料取代率为0，即普通混凝土的实际水胶比为0.4；当再生骨料取代率为50%时，混凝土的实际水胶比为0.37；当再生骨料取代率为100%时，混凝土的实际水胶比0.31。可见，在其他原材料相同的情况下，随着再生骨料取代率的增大，混凝土的实际水胶比逐渐变小，如图2。

基准普通混凝土的坍落度为178mm；当再生骨料取代率为50%时，再生混凝土的坍落度为151mm；当再生骨料取代率为100%时，再生混凝土的坍落度为73mm。随着再生骨料取代率的增大，再生混凝土的坍落度呈逐渐下降趋势，如图3。混凝土的坍落度降低主要是因为再生骨料有较大的吸水率，而且再生骨料表面粗糙的粒形、棱角，增大了再生混凝土拌和物的摩擦阻力，导致相同配合比的情况下，再生混凝土的流动性比普通混凝土和易性降低。

图3 坍落度随骨料取代率的变化

2.2 再生骨料取代率对混凝土抗压强度和抗折强度的影响

由图4、图5可知，随着再生骨料取代率的增大，混凝土抗压强度和抗折强度均呈现逐渐提高的趋势。与普通混凝土相比，再生骨料取代率为25%的混凝土7d抗压强度和抗折强度分别提高了17%和23.5%，28d强度分别提高了7.4%和15.4%；再生骨料取代率为50%的混凝土7d抗压强度和抗折强度分别提高了33.6%和34.9%，28d强度分别提高了15%和22%；再生骨料取代率为100%的混凝土7d抗压强度和抗折强度分别提高了68.2%和60.9%，28d强度分别提高了23%和28.3%。

再生骨料表面附着一些废旧砂浆的次生颗粒，由于一部分拌合水被吸附到这些废旧砂浆含有的大量孔隙中，降低了再生骨料与水泥石界面的水胶比，再生骨料表面如同包裹了一层低水胶比的浆体，强化了界面的作用，这种作用效果超过了再生骨料自身缺陷等不利因素对再生混凝土强度的弱化作用，最终表现出再生混凝土的强度高于普通混凝土。

图3 坍落度随骨料取代率的变化

图5 抗折强度随骨料取代率的变化

2.3 再生骨料取代率对混凝土表观密度和干燥收缩的影响

再生混凝土的表观密度随着再生骨料取代率的增大逐渐变小，普通混凝土的表观密度为2387 kg/m3，再生骨料取代率为50%时的再生混凝土表观密度为2302kg/m3，再生骨料取代率为100%时的再生混凝土表观密度为2274kg/m3，如表4。

表4 再生混凝土28d表观密度和干燥收缩性能

普通混凝土中产生收缩变形的主要是水泥砂浆，粗骨料对水泥砂浆的收缩变形起着抑制作用。再生混凝土的干燥收缩机理与普通混凝土基本一致，但由于再生骨料表层的废旧水泥砂浆吸水后产生收缩，抑制作用降低，导致再生混凝土的干燥收缩变形大于普通混凝土。如表4，普通混凝土的开裂指数为1.04×10-4，再生骨料取代率为50%时的再生混凝土的开裂指数为1.69×10-4，再生骨料取代率为100%时的开裂指数为1.81×10-4，再生混凝土干燥收缩变形随再生骨料取代率的增加而增大。